Игорь Жемков: расчётчик для быстрых

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 22.07.2015

На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru отвечает начальник лаборатории НИИАР Игорь ЖЕМКОВ.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Игорь Жемков, фото AtomInfo.Ru

От двухмерности к трёхмерности

Игорь Юрьевич, Вы выпускник ИАТЭ...

Да, в 1982 году я поступил в Обнинский институт атомной энергетики (ИАТЭ). Если быть точнее, то тогда он был филиалом МИФИ.

Начиная с третьего курса, я выбрал для себя направление, по которому хотел бы работать - быстрые реакторы. Выбор стал лёгким и предсказуемым, ведь Обнинск - родина быстрых реакторов в нашей стране.

С тех пор я ни разу не изменил своему выбору, своим идеалам, своему направлению. Даже в самые тяжёлые времена - в начале 90-ых годов, когда на быстрые реакторы обрушивалась лавина критики и их считали тупиковой ветвью - я продолжал работать. А в наши дни быстрые реакторы вновь стали рассматриваться как наиболее перспективное направление развития атомной энергетики.

Итак, я определился уже на третьем курсе института. Дальнейшие шаги были очевидны. Руководителем УИР у меня был Юрий Иванович Ершов, начинавший свою трудовую деятельность в Димитровграде. Он-то и посоветовал мне НИИАР как место, где удачно сочетается наука и практика.

Дополнительным аргументом стало, что Димитровград расположен недалеко от моей родины (Нурлат, Татарстан) и от места учёбы моей будущей жены (Самара).

В НИИАРе я начал работу в лаборатории, в которой занимались научным сопровождением реактора БОР-60. Как и всё быстрое направление, да и как вся атомная отрасль России, наш реактор и все, кто на нём работают, в 90-ые годы прошли через тяжёлые жизненные испытания. Со мной из Обнинска распределились двое моих друзей, но они, как и большинство других молодых специалистов, не выдержали и ушли.

Уходили не потому, что не нравилось. Наоборот, наше поколение очень хотело работать по специальности и заниматься атомной наукой. Но стоял в буквальном смысле слова вопрос о физическом выживании, и многие были вынуждены искать спасения на стороне. А я всё-таки решил не сдаваться - и считаю, что не ошибся.

В чём заключалась Ваша работа на БОР-60?

В конце 80-ых годов БОР-60 был не просто реактором, а настоящим исследовательским центром. Достаточно упомянуть, что на нём было пять лабораторий, сейчас осталась только одна.

Начиная с преддипломной практики, меня привлекли к нейтронно-физическим расчётам. Мой руководитель Анатолий Михайлович Митин поставил задачу - есть новая трёхмерная нейтронно-физическая программа, её нужно освоить и применить к реактору БОР-60.

Переход к трёхмерным расчётам был шагом вперёд, потому что до этого все расчёты БОР-60 проводились в двухмерных геометриях. Правда, двухмерные программы были очень хорошо освоены и подогнаны под особенности нашего реактора.

На БОР-60 использовался комплекс программ НФ-6. Он был разработан в НИИАР, позволял рассчитывать реактор в диффузионном и S_N-приближениях с 26 группами в R-Z или гексагональной геометрии. Константы для него обеспечивала система МИМ. Расчеты проводились на ЭВМ БЭСМ-6, а позже на ЭВМ "Эльбрус".

Так вот, в дополнение или на смену этому комплексу предполагалось внедрить трёхмерный комплекс программ TRIGEX. Комплекс был разработан в Обнинске, в ФЭИ, а меня озадачили осваивать его для нужд БОР-60.

В те времена программы внутри отрасли не продавали, а давали безвозмездно, то есть даром. Ещё и помогали с ними разбираться и осваивать. Я приехал в ФЭИ к Анатолию Степановичу Серёгину, который разрабатывал TRIGEX. Приняли меня добросердечно, всё показали и рассказали.

Единственное, о чём меня попросили - составить акт, что программа у нас внедрена и используется для дела. И все последующие годы ФЭИ нас сопровождал, оказывал помощь с использованием TRIGEX, когда в этом возникала необходимость, обновлял версии программы и константного обеспечения. Тогда мы были действительно единой командой, которая решала общие для отрасли задачи.

Сегодня в распоряжении физиков появились мощные коды, основанные на методе Монте-Карло. Но TRIGEX на нашем реакторе до сих пор играет роль рабочей лошадки при проведении оперативных расчётов.

Что дал для вас переход от двухмерных расчётов к трёхмерным? Ведь двухмерный комплекс программ был неплохо настроен на ваши нужды.

К сожалению, возможностей двухмерных программ не всегда хватало. В БОР-60 зона существенно гетерогенная, чем мы и отличаемся от большинства других реакторов. Одновременно могут находиться разные типы сборок, разное топливо, размеры...

Двухмерный расчёт - это, как правило, R-Z геометрия. Реальная зона размешивается в цилиндрические подзоны. Была ещё X-Y геометрия - плоскость с бесконечной высотой, для которой приходилось "придумывать" аксиальные каппы (баклинги).

Что ещё? Константы в НФ-6 были староваты. А у комплекса программ TRIGEX имелись возможности работать с современными на тот момент константами, такими, как БНАБ-90, а в дальнейшем БНАБ-93.

Расчёты и эксперимент

А перейти сразу от двухмерных комплексов к расчётам по Монте-Карло не пробовали?

Пробовали. Я лично пробовал, в том числе. Но не хватало мощных компьютеров - а точнее, их просто не было. Я делал расчёты для БОР-60 по программе MCU. Один расчёт занимал несколько суток.

Могу добавить, что для быстрых реакторов отличия между расчётами по диффузионным программам и программам с более точными приближениями в большинстве случаев невелики. И какой был смысл мучаться? А вот третья размерность по геометрии дала нам практический выигрыш. То есть, я хочу сказать, что мы внедряли новые программы для получения реального эффекта, а не для своего удовольствия.

Конечно, есть моменты, когда метод Монте-Карло становится полезным и незаменимым для нас. Например, если нам требуется точно учесть эффекты гетерогенности в области замедления или поглощения нейтронов.

На одной из "Нейтроник" Вы же и демонстрировали график - с одной стороны кучно лежат результаты расчётов по разным программам с разными приближениями и константами, а экспериментальный результат находится на другой стороне графика.

Было такое. Но не надо думать, что эксперимент является абсолютной истиной. Правильный ответ часто расположен где-нибудь посередине между тем, что выдали расчётчики и что померили экспериментаторы.

Честно скажу - в тех случаях, когда мы показывали свои данные экспериментаторам до измерений, совпадение расчёта и эксперимента оказывалось хорошим. А вот если мы держали свои результаты втайне, то степень совпадения почему-то ухудшалась.

У экспериментатора есть ограниченный набор инструментов. Более того, он измеряет нужную величину не напрямую, а получает её в результате обработки тех данных, что он может измерить. При этом возможны ошибки - как собственно ошибки измерений, так и ошибки обработки данных или методические погрешности.

Юрий Алексеевич Казанский рассказывал нам, как он внедрял на БФС подход, в котором расчётчики и экспериментаторы делают свою работу параллельно, не видя результатов друг друга, а потом сравнивают их.

И это правильно. Я так сейчас и стараюсь поступать на БОР-60. Ещё раз повторю, не вдаваясь в детали - экспериментальные данные не являются, как правило, напрямую измеренными данными.

Есть своя кухня при обработке измерений, в этой кухне могут быть погрешности. Поэтому работа вслепую, когда экспериментаторы не видят заранее результатов расчётчиков, более полезна для дела. Потом при сравнении экспериментаторы, как и расчётчики, могут сделать для себя важные умозаключения по своим методикам.

Расчётчики на БОР-60

Игорь Юрьевич, Вы приехали в Димитровград, начали осваивать новую программу, обустроились - и тут наступили 90-ые годы. Чем занимались в 90-ые годы на БОР-60?

Выживали. У реактора заканчивался срок службы, стоял вопрос о его закрытии. Заказов практически не было. Помню, что были всего один или два маленьких договора. Это сейчас у нас в активной зоне места свободного нет, заказчики занимают очередь на годы вперёд.

В середине 90-ых годов смогли отыскать для себя небольшую нишу - наработку радионуклидов. За счёт этой деятельности мы подкармливались. Стронций хорошо пошёл, с кобальтом было потруднее, потом был гадолиний...

Производство на БОР-60 электричества и тепла для отопления давало существенный вклад в экономику реактора.

БОР-60 исходно производил электроэнергию и обеспечивал теплоснабжение площадки НИИАР?

Нет, тепловой "хвост" к нему присоединили не сразу. Сначала сделали выдачу электроэнергии. Потом задумались и об утилизации тепла, чтобы его пускать в дело, а не сбрасывать без пользы, как в большинстве исследовательских реакторов.

Были и положительные моменты в том, что особой нужды в нас (учёных) не испытывали. У специалистов оказалось много свободного времени, которое использовалось для самосовершенствования.

Я не вылезал из библиотеки, перечитал всё что мог по специальности - книги, журналы, препринты, отчёты. Написал кандидатскую практически самостоятельно, потому что мой руководитель ушёл в бизнес и уволился из института.

У нынешней молодёжи времени на это не хватает - работа, очень много работы. Один договор, другой, все заняты, дойти до библиотеки просто не получается. Так что наличие или отсутствие работы оказалось палкой о двух концах. Нужно искать правильный баланс между загруженностью по работе и возможностью самообразования.

И всё-таки, чем в основном занят расчётчик на БОР-60?

Главная нагрузка на расчётчиков - сопровождение эксплуатации реактора. Перегрузки, определение времени загрузки и выгрузки отдельных сборок. Очень важная и едва ли не важнейшая задача - расчёты в обоснование продления эксплуатации реакторной установки.

Не скучно ли делать из года в год одно и то же?

Может быть, и было бы скучно. Но, к счастью, я этого не знаю. У нас не бывает "одного и того же".

Возьмите, для примера, большой реактор. У них продолжительность кампании из года в год практически одна и та же. А у нас так не бывает, одна кампания может быть 25 суток, а следующая 45.

Мы работаем на разных уровнях мощностях. В одну кампанию мы можем выгрузить, допустим, 20 ТВС, а в следующую - только 15. Типы топлива у нас разные - таблеточное, виброуплотнённое. Число ТВС менялось от 75 до 130. Боковой экран был стальной, потом урановый и снова стальной. Регулярно в реакторе проводятся различные экспериментальные исследования и облучательные программы, ведётся наработка радионуклидов.

Это исследовательский реактор, в нём единообразия не бывает по определению! За всю историю в БОР-60 было более 160 микрокампаний, и одинаковых среди них вы не найдёте.

С чем пришлось повозиться больше всего?

Самое тяжёлое - когда не получается какой-либо эксперимент. Не сходятся результаты с расчётами, и непонятно, из-за чего это происходит. Поэтому необходимо эксперимент прерывать, реактор останавливать, а это потеря времени и финансов, и понимаешь, что в этом твоя вина.

Наверное, стоит напомнить, что эксперименты у нас комплексные, в которых моделируются не только нейтронно-физические., но и теплогидравлические параметры. Поэтому в расчётах приходится использовать коды из разных областей реакторной науки, что усложняет нашу задачу.

Сидишь и ломаешь голову - где, в каком звене расчётной цепочки образовалось слабое место? Или ошиблись экспериментаторы? Или есть не замеченное нами отклонение в конструкции экспериментального устройства? Вот это и есть самое трудное.

Возвращаясь к программам. На чём в итоге вы остановились? Чем вы считаете БОР-60?

Штатное сопровождение работы - TRIGEX. Для отдельных расчётов применяется MCU. Есть вспомогательные программы расчёта активности - AFPA и CARE, кстати, тоже предоставленные в старые добрые времена коллегами из ФЭИ. Разумеется, есть теплогидравлические программы - ДИНБОР, ANSYS и другие.

С расчётной точки зрения особенную сложность представляет описание экспериментальных устройств. В наши дни они прецизионные или даже сверхпрецизионные - например, теплоизолирующие зазоры размером в доли миллиметра с погрешностью сотые доли миллиметра. Одновременно в устройство загружаются десятки и сотни исследуемых образцов, а облучаться они должны при различных параметрах.

Всё это надо корректно описать и учесть в расчётной модели. На больших реакторах с такими задачами сталкиваются редко.

Ещё один момент, важный конкретно для нас - это испытания различных типов топлива с разным обогащением. Поэтому нам нужно правильно рассчитывать тепловыделение в испытываемом топливе, обогащение которого, как правило, низкое, до 20%...

Хорошо звучит!

Но оно действительно низкое! Для нас низкое, по сравнению с нашими штатными обогащениями. Поэтому нам важно правильно считать именно радиационное тепловыделение - и для испытываемого топлива, и, тем более, для испытываемых конструкционных материалов и поглотителей.

Данных, на которые можно было бы опираться, не хватало. По сути дела, в нашем распоряжении был единственный - хотя и уникальный! - эксперимент 1977 года, проведённый на БОР-60.

Поэтому в последние несколько лет мы выполнили большую работу по корректному учёту радиационного тепловыделения. Теперь мы его считаем гораздо лучше. О том, что именно было сделано, мы рассказывали нашим коллегам-расчётчикам на обнинских семинарах "Нейтроника".

Китайский опыт

Игорь Юрьевич, Вы работали на CEFR.

Работал - не совсем точное определение. Но сначала немного истории. Быстрый натриевый реактор CEFR строился в Китае совместно с Россией. Конструкторская часть была за ОКБМ, научное руководство за ФЭИ, а эксплуатационные вопросы - во многом за НИИАРом.

В нашем институте прошли подготовку десятки китайских специалистов. Жили у нас подолгу, одна группа оставалась на девять месяцев. Мы, в свою очередь, приезжали на CEFR на ключевые моменты пусковой программы. Как правило, было по человеку от ОКБМ, от ФЭИ и от НИИАРа.

Я попадал в некоторые из таких командировок. Был на физпуске. Потом снова был на очередном физпуске...

Не поняли?!

Так получилось. Второй пуск китайцы называли немного по-другому, это с нашей точки зрения получился второй физпуск. Вообще, на CEFR китайцы неторопливые, никуда не спешат.

Для меня китайские командировки были очень полезны. Как вы понимаете, пуск БОР-60 я застать не мог просто по возрасту, поэтому участие в пусковой программе на CEFR было интересным вызовом.

Конечно, лучше и полезнее (ведь в НИИАР планируется построить и пустить уникальный реактор МБИР) было бы поучаствовать в пуске своего реактора, например, БН-800, но оказалось проще попасть на пуск китайского реактора. На китайской установке наши возможности были ограничены по понятным причинам. Надеюсь в будущем принять участие в пуске МБИР.

В чём заключались функции российских командированных специалистов на CEFR?

Китайцы имели пусковую программу БОР-60 и фактически повторили её у себя - конечно, с поправкой на сроки и так далее.

Мы изучали вместе с китайскими коллегами ту пусковую программу, которую они адаптировали под CEFR. Давали рекомендации, советы, смотрели показания во время пусков. Консультировали, если у китайцев что-то не получалось. По сути, мы исполняли функции советников, но вся ответственность лежала, естественно, на китайской стороне, и пуск осуществляли всё же китайские специалисты.

Нюансы при таких консультациях были?

Были. Следующий вопрос.

Хорошо, следующий вопрос. Как Вам показался китайский персонал?

Понравилось то, что они набрали на CEFR много молодых людей. На этом реакторе научных сотрудников намного больше, чем на БОР-60. Ребята активные, энергичные, всем интересуются.

Не понравилось то, что мало инициативы, не видно всплеска идей - того, что характерно для нас. Думаю, что к китайцам это всё придёт с опытом, а пока они в быстром направлении новички.

У китайцев, как и у вас, тоже есть электрическая часть...

При мне турбину не пускали, это произошло позже. Третий контур полностью относился к китайской вотчине, мы его не касались. Знаю, что там были сложности - но раз пустили турбину, значит, совладали с ними.

В зале БЩУ реактора CEFR

От БОР-60 к МБИР

В мае была выдана лицензия на сооружение реактора МБИР.

И реактор МБИР помогает нам уже сейчас. Некоторые контракты мы уже заключаем с перспективой потенциально возможного переноса облучения в будущем на МБИР.

Если бы проекта МБИР не существовало, то нам было бы сложнее с заказами, потому что продлевать БОР-60 до бесконечности невозможно. У заказчиков появлялись бы сомнения в том, успеем ли мы выполнить их требования по выгоранию и флюенсу до закрытия БОР-60. Но мы теперь имеем основания для рассмотрения возможности продления программы начатого на БОР-60 облучения на новом аппарате.

Игорь Юрьевич, Вы непосредственный активный участник горячих споров, которые бушевали в своё время по поводу выбора параметров для МБИР. Было мнение, что их нужно повысить - например, обеспечить поток порядка 10¹⁶...

Это было давно, года четыре назад. Сейчас я концентрируюсь на работах на БОР-60.

Споры те, конечно, помню. Как вам объяснить? Дело не только в том, чтобы у реактора был большой поток нейтронов. Если у него будет поток 10¹⁶, но он будет нестабильно работать, то он никому не будет нужен, несмотря на все его красивые заявленные характеристики.

Есть пример - реактор FFTF. Он обладал фантастическими по тем временам (да и по нашим тоже) возможностями. Я видел их петли - это уникальные научно-инженерные конструкции! А потом я спросил: "Какие эксперименты вы на них провели?". Ответ: "Никакие. Мы не нашли заказчиков".

Действительно, ФЭИ предлагал добиться в МБИР потока 10¹⁶. Мы опросили заинтересованные организации, кто мог бы стать заказчиком экспериментов - ни у кого из них потребностей в столь большом потоке не возникло.

Создавать реактор, который будет быстро всё пережигать, у которого будут короткие кампании... А что на это скажут материаловеды? Мы интересовались их мнением, оно оказалось неоднозначным.

К быстрому набору флюенса материаловеды относятся настороженно. Вы на солнце можете загореть за 10 минут, а можете за день, и результаты будут отличаться.

В первую очередь, думать надо не о потоке нейтронов, а о флюенсе и повреждающей дозе. На высокопоточном реакторе работать вы будете так - короткая кампания, останов, снова кампания, снова останов. Какая будет в этом случае годовая доза - определённо сказать нельзя. И добавьте сюда, что высокопоточный реактор будет чаще "ломаться" - то есть, будет больше вынужденных остановов и ремонтов.

Почему БОР-60 работает до сих пор? А потому что главный конструктор (Гидропресс) и научный руководитель (ФЭИ) не пытались достичь фантастических параметров. Они не такие высокие, какими их можно было бы сделать. Но в результате БОР-60 работает и пользуется спросом, а другие реакторы на быстрых нейтронах выведены из эксплуатации или превратились в музей.

Физик года

Личный вопрос. Вас назвали физиком года "Росатома".

Да, было такое. Правильно это называется так - победитель в номинации "Учёный-физик" конкурса "Человек года Росатома - 2014".

Честно говоря, не хотел подавать документы на конкурс, но начальство убедило. За прохождением конкурса не следил. Вдруг неожиданно получаю бумагу - вы победили, приезжайте в Москву на торжественное вручение награды. А у меня на эти сроки работа - отчётность по зарубежному контракту. Так и не получилось съездить.

Что скрывать - такое признание заслуг, конечно, приятно. Но, очевидно, что это в первую очередь признание заслуг уникального реактора БОР-60 и НИИАР. В городе за меня тоже порадовались, повесили фотографию на городскую Доску почёта. Будет перерыв в работе - обязательно схожу, посмотрю.

На открытие городской Доски почёта тоже не получилось прийти?

Тоже не получилось. Узнал об этом когда был в командировке.

Извините, а на защиту Вашей докторской диссертации Вас с работы отпустят?

(Игорь Юрьевич смеётся). Я уже защитился в декабре 2014 года.

Поздравляем Вас, Игорь Юрьевич, с победой в конкурсе "Росатома", с защитой докторской диссертации и 50-летним юбилеем. И спасибо за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Ключевые слова: Быстрые натриевые реакторы, НИИАР, Интервью, Игорь Жемков, БОР-60

---

Другие новости:

Иран построит центр ядерной медицины за 570 млн долларов - Салехи

Строительство входит в число важных проектов AEOI.

Ростовская АЭС: энергоблок №3 впервые выведен на 100% тепловой мощности

Далее будут проведены комплексные испытания в течение 15 суток.

В мире действует 437 и строится 67 блоков - PRIS

В этом году пущено пять блоков и окончательно остановлено шесть.

---

---

---

---

Поиск по сайту: